Multifunctional Metal-C-Fiber-Polymer-Laminates (MCFRP): Modeling and property analysis for damage tolerant, conductive and monitorable lightweight structures

多功能金属碳纤维聚合物层压板 (MCFRP):耐损伤、导电和可监控轻质结构的建模和属性分析

基本信息

项目摘要

Multiple and often conflicting requirements have to be fulfilled by innovative, high-performance structures of transportation systems. They must demonstrate low mass, high load bearing capability and high damage tolerance. Within the scope of two research projects , hybrid laminates with carbon fibers and metal fibers (MCFRP) were manufactured, combining multiple functions within one composite. It could be demonstrated that locally concentrated layers of steel fibers improve damage tolerance as well as electrical conductivity. In addition, it was shown that the integration of metastable austenitic steel fibers enables the application of magnetic sensors for contact-less assessment and monitoring of loaded structures due to deformation-induced phase transformation of the metastable steel fibers. Based on these fundamental findings, more applied questions will be now adressed in order to investigate the limits and prospects of the new hybrid material. Suitable simulation models have to defined and experimentally verified for the fundamental mechanical as well as electrical laminate properties. In addition, detailed fatigue experiments and impact tests of hybrid laminates are planned at low and high temperatures within the typical limits applied to airframe materials. Finally, the new findings and models are verified by the design and experimental characterization of a multifunctional generic structural element.
运输系统的创新,高性能结构必须满足多重和经常相互矛盾的要求。他们必须表现出低质量,高负载能力和高伤害耐受性。在两个研究项目的范围内,制造了与碳纤维和金属纤维(MCFRP)的混合层压板,将多个功能结合在一个复合材料中。可以证明,局部浓缩的钢纤维层提高了损伤耐受性和电导率。此外,结果表明,亚稳态奥氏体钢纤维的整合使磁性传感器可以用于无接触式评估和监测负载结构,这是由于变形诱导的亚稳态钢纤维的相变​​。基于这些基本发现,现在将更加敬意,以调查新混合材料的限制和前景。合适的仿真模型必须定义和实验验证,用于基本的机械和电层压特性。此外,计划在典型的机身材料的典型极限内,计划在低温和高温下进行详细的疲劳实验和造影测试。最后,通过多功能通用结构元素的设计和实验表征来验证新的发现和模型。

项目成果

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Fatigue properties of multifunctional metal- and carbon-fibre-reinforced polymers and intrinsic capabilities for damage monitoring
Metal/Carbon-Fiber Hybrid Composites—Damage Evolution and Monitoring of Isothermal Fatigue at Low and Elevated Temperatures
  • DOI:
    10.3390/jcs6030067
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    B. Khatri;Jan Rehra;S. Schmeer;U. Breuer;F. Balle
  • 通讯作者:
    B. Khatri;Jan Rehra;S. Schmeer;U. Breuer;F. Balle
A novel short-time concept for fatigue life estimation of carbon (CFRP) and metal/carbon fiber reinforced polymer (MCFRP)
  • DOI:
    10.1016/j.ijfatigue.2018.06.044
  • 发表时间:
    2018-11-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Backe, S.;Balle, F.
  • 通讯作者:
    Balle, F.
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